DE10249158A1 - Sensor device and assembly method for a sensor device - Google Patents

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Abstract

Bekannt ist eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor zum optischen Erfassen von Fremdkörpern, insbesondere Regentropfen, auf einer Scheibe (1) mit einem Sensorelement, insbesondere einem Lichtleiter (5), der über ein Koppelelement (3) an die Scheibe gekoppelt ist, welches Koppelelement eine regelmäßige 3-D-Oberflächenstruktur (7) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die 3-D-Oberflächenstruktur (7) des Koppelelementes scheibenseitig ausgebildet ist, und dass die Scheibe (1) koppelelementseitig glatt ausgebildet ist.Known is a sensor device with a sensor for optically detecting foreign bodies, in particular raindrops, on a pane (1) with a sensor element, in particular an optical fiber (5), which is coupled to the pane via a coupling element (3), which coupling element is a regular one 3-D surface structure (7). According to the invention, the 3-D surface structure (7) of the coupling element is designed on the disc side and the disc (1) is smooth on the coupling element side.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, insbesondere einen Regensensor, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein entsprechendes Montageverfahren.The present invention relates to a sensor device, in particular a rain sensor, according to the preamble of claim 1 and a corresponding assembly method.

Eine derartige Sensoreinrichtung ist bekannt aus der DE 197 20 874 C2 , wobei auf der Fahrzeugscheibe durch eine optische Klebeverbindung mittels Folienabschnittes ein Strahlenleitkörper befestigt ist. Der Folienabschnitt und der Strahlenkörper weisen an der gemeinsamen Grenzfläche jeweils eine entsprechende Profilierung auf.Such a sensor device is known from the DE 197 20 874 C2 , wherein a radiation guide is attached to the vehicle window by an optical adhesive connection by means of a film section. The film section and the radiating body each have a corresponding profile at the common interface.

Bekannt ist weiterhin aus der DE 100 60 964 A1 ein Regensensor für ein Kraftfahrzeug mit einem Lichtleitkörper, über den der Regensensor über ein Koppelelement an die Scheibe geklebt ist. Wenn die an der Scheibe ankoppelbare Oberfläche des Lichtleitköpers eine leichte konvexe Wölbung aufweist, werden Luftblasen vermieden, die sich beim Ankoppeln des Lichtleitkörpers an die Scheibe im Kopplungsbereich bilden können.Is also known from the DE 100 60 964 A1 a rain sensor for a motor vehicle with a light guide body, via which the rain sensor is glued to the window via a coupling element. If the surface of the light-guiding body that can be coupled to the pane has a slight convex curvature, air bubbles are avoided that can form in the coupling area when the light-guiding body is coupled to the pane.

Aus der DE 100 19 112 A1 ist ein Regensensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen bekannt. Der Regensensor ist mittels einer Klebeschicht, die vorzugsweise aus Silikon besteht, auf der Innenseite der Scheibe befestigt. Die Klebeschicht hat zum einen eine Befestigungsfunktion, dient also dazu, den Regensensor sicher an der Scheibe zu befestigen. Zum anderen hat sie eine Ausgleichsfunktion, dient also dazu, Unebenheiten der Scheibe oder des Regensensors auszugleichen und den Regensensor ohne Lufteinschlüsse auf der Scheibe anzuordnen. Die Klebeschicht weist etwa denselben Brechungsindex auf wie die Scheibe. Die optischen Sendeelemente senden optische Strahlen aus, die durch die Klebeschicht verlaufen und den Übergang Klebeschicht/Scheibe nahezu ungebrochen passieren.From the DE 100 19 112 A1 a rain sensor for detecting drops of moisture is known. The rain sensor is attached to the inside of the pane by means of an adhesive layer, which is preferably made of silicone. On the one hand, the adhesive layer has an attachment function, so it serves to securely attach the rain sensor to the window. On the other hand, it has a compensating function, ie it serves to compensate for unevenness in the pane or the rain sensor and to arrange the rain sensor on the pane without air pockets. The adhesive layer has approximately the same refractive index as the pane. The optical transmission elements emit optical rays that run through the adhesive layer and pass through the adhesive layer / pane transition almost uninterrupted.

Bekannt ist also allgemein, dass Regensensoren an die Scheibe angekoppelt werden. Das Koppelmedium besitzt dabei entweder Ballonform und wird durch Druck an die Scheibe gepresst oder das Koppelmedium – ein beidseitig glattes Klebeband – wird unter Unterdruck an die Scheibe geklebt. Beides geschieht zur Vermeidung von im optischen System und unter Designgesichtspunkten störenden Luftblasen.So it is generally known that Rain sensors are coupled to the window. The coupling medium has either a balloon shape and is pressed against the pane pressed or the coupling medium - a double-sided smooth adhesive tape - will glued to the pane under negative pressure. Both are done to avoid of air bubbles that interfere in the optical system and from a design point of view.

Erfindungsgemäß ist eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Montageverfahren nach Patentanspruch 7 bereitgestellt. Ein Vorteil der Sensoreinrichtung besteht darin, dass die Luftblasen kontrolliert in Bereichen entstehen, die für die Funktion zumindest weniger kritisch sind, z.B. außerhalb des optischen Weges bei groben Strukturen bzw. bei feinen Lichtwegen. Zudem wird durch die definierte Position und Form der Lufteinschlüsse eine für das Design akzeptable Anmutung erzeugt. Erfindungsgemäß kann darauf verzichtet werden, eine 3-D-Oberflächenstruktur aufwendig in der Scheibe zu erzeugen.According to the invention, a sensor device is provided with the features of claim 1 and an assembly method Claim 7 provided. An advantage of the sensor device is that the air bubbles are created in controlled areas the for the function is at least less critical, e.g. outside the optical path for coarse structures or fine light paths. In addition, due to the defined position and shape of the air pockets for the Design creates an acceptable impression. According to the invention be dispensed with, a 3-D surface structure complex in the Generate disc.

Vorteilhafter Weise kann eine Strukturgröße der 3-D-Oberflächenstruktur etwa 10–2 bis 10–6 m, insbesondere 10–3 bis 10–5 m betragen. Bei zu großen Strukturgrößen kann es zu ungewollten Luftblasen an der Grenzfläche zwischen dem Koppelmedium und der Scheibe kommen. Bei zu kleinen Strukturgrößen kommt diese in die Größenordnung der Rauhigkeit der Scheibe, wodurch eine undefinierte Ankoppelfläche gebildet wird.A structure size of the 3-D surface structure can advantageously be approximately 10 -2 to 10 -6 m, in particular 10 -3 to 10 -5 m. If the structure sizes are too large, unwanted air bubbles can occur at the interface between the coupling medium and the disk. If the structure sizes are too small, this comes into the order of magnitude of the roughness of the disk, as a result of which an undefined coupling surface is formed.

Um eine ausreichende Stabilität der Struktur sicherstellen zu können, ist vorgesehen, dass ein Verhältnis von Breite zu Höhe der Erhöhungen der 3-D-Oberflächenstruktur etwa 3 bis 20, insbesondere um 10 beträgt.To ensure adequate stability of the structure to be able there is a relationship from width to height of increases the 3-D surface structure is about 3 to 20, especially around 10.

Durch das erfindungsgemäße Montageverfahren können die hohen Kosten und der komplizierte Montageprozess mit der Unterdruckklebung bzw. der aufwendige Aufbau mit Federkonstruktion und Halteplatte deutlich vereinfacht oder vermieden werden; es ist eine einfach zu handhabende, kostengünstige und schnelle Alternative der Befestigung der Sensoreinrichtung bereitgestellt. Die Montage des Koppelmediums kann zunächst blasenfrei am Lichtleiter erfolgen und entsprechendes gilt aufgrund der 3-D-Oberflächenstruktur für die nachfolgende Montage des Koppelmediums an der Scheibe. Dadurch ist erstmals eine Montage der Sensoreinrichtung im Fahrzeug möglich.Through the assembly method according to the invention can the high costs and the complicated assembly process with vacuum bonding or the complex structure with spring construction and holding plate be significantly simplified or avoided; it's an easy one manageable, inexpensive and quick alternative of attaching the sensor device provided. The coupling medium can initially be installed on the light guide without bubbles due to the 3-D surface structure for the Subsequent assembly of the coupling medium on the disc. This is the first time the sensor device can be installed in the vehicle.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Befestigung des Sensorelementes an der Scheibe bei Unterdruck erfolgen. Erfindungsgemäß wird die Luft aus den Vertiefungen der 3-D-Struktur entfernt und es kommt zu einer im wesentlichen vollständigen Ankopplung des Lichtleiters an die Scheibe. Vorteilhaft ist insbesondere, dass vergleichsweise geringe Drücke zur Realisierung der Blasenfreiheit erforderlich sind bzw. größere Flächen des Koppelelementes blasenfrei angeklebt werden können.According to a preferred embodiment, can the attachment of the sensor element to the disc at negative pressure respectively. According to the Air is removed from the recesses in the 3-D structure and one is formed essentially complete Coupling the light guide to the pane. It is particularly advantageous that comparatively low pressures are necessary to achieve freedom from bubbles or larger areas of the Coupling element can be glued bubble-free.

Nachfolgend sind ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und das Montageverfahren beschrieben; es zeigt die einzige Fig. stark schematisiert die montierte Sensoreinrichtung.Below is an embodiment of the sensor device according to the invention and described the assembly process; it shows the only fig. the sensor device is highly schematized.

Auf einer Scheibe 1 ist über ein Koppelelement 3 ein Lichtleiter 5 einer nicht näher gezeigten, an sich bekannten Sensoreinrichtung mit Sender und Empfänger zur Erfassung der Benetzung einer Fahrzeugscheibe befestigt. Das Koppelelement 3 weist scheibenseitig eine regelmäßige 3-D-Oberflächenstruktur 7 mit Erhebungen 9 und Vertiefungen 11 auf. Während die Erhebungen 9 direkt an der Scheibe 1 anliegen und dadurch eine optimale optische Ankopplung des Systems gewährleisten, kann in den Vertiefungen Luft angeordnet sein.On a disc 1 is via a coupling element 3 a light guide 5 a sensor device, not shown, which is known per se and has a transmitter and receiver for detecting the wetting of a vehicle window. The coupling element 3 has a regular 3-D surface structure on the pane side 7 with surveys 9 and recesses 11 on. During the surveys 9 directly on the pane 1 apply and thereby ensure an optimal optical coupling of the system, air can be arranged in the recesses.

Das Koppelmedium 3 besteht dabei aus einem beidseitig klebefähigen, flexiblen Material, z.B. einem Klebeband aus PVB. Bevorzugt ist das Material noch in geringem Umfang luftdurch lässig. Eine Seite des Klebebandes 5 ist glatt und ist auf das als Lichtleiter ausgebildete Koppelelement 3 geklebt. Die gegenüberliegende Seite besitzt die 3-D-Oberflächenstruktur, die Punkte in unterschiedlicher Höhe besitzt. Zur Herstellung wird das Klebeband-Material entweder in eine geeignete Art von Form gegossen oder es wird die 3-D-Oberflächenstruktur 7 in ebene Platten gepresst oder geschnitten. Die Struktur zeichnet sich durch ihre geometrische Regelmäßigkeit aus und kann beispielsweise als Waffelstruktur, mit konzentrischen Kreisen oder als Gitter-Rillenstruktur ausgebildet sein. Dabei weist das Klebeband Grundmaße von 3 auf 5 cm sowie eine Stärke von 2 bis 3 mm auf.The coupling medium 3 consists of a flexible material that is adhesive on both sides, eg an adhesive tape made of PVB. The material is preferably still slightly permeable to air. One side of the tape 5 is smooth and is on the coupling element designed as a light guide 3 glued. The opposite side has the 3-D surface structure, which has points at different heights. To make it, the tape material is either poured into a suitable type of mold or it becomes the 3-D surface structure 7 pressed or cut into flat plates. The structure is characterized by its geometric regularity and can be designed, for example, as a waffle structure, with concentric circles or as a grid-groove structure. The adhesive tape has basic dimensions of 3 to 5 cm and a thickness of 2 to 3 mm.

Wird bei der Montage der Lichtleiter 5 über das Band 3 an die Scheibe 1 geklebt, so haftet dieses an den höheren Punkten bzw. den Erhebungen 9 an der Scheibe und die Luft sammelt sich in den Räumen zwischen der Scheibe 1 und dem Band 3 in den Vertiefungen 11. Dadurch werden unkontrollierte Luftblasen verhindert, die das optische Erscheinungsbild der Anordnung beeinträchtigen würden. Dies ist grundsätzlich auch umgekehrt möglich, d.h. die flache Seite des Bandes 3 ist an der Scheibe 1 und die 3-D-Oberflächenstruktur 7 ist auf dem Lichtleiter 5 befestigt. Dies ist jedoch sowohl herstellungstechnisch als auch von der Qualität der Ankopplung des Lichtleiters 5 an die Scheibe 1 nachteilig. Der Lichtleiter 5 kann zusätzlich aus einem geeigneten Material bestehen und entsprechend gestaltet sein, so dass sich der Lichtleiter zusätzlich verformt und an die Kontur der Scheibe 1 anpasst.When installing the light guide 5 about the tape 3 to the pane 1 glued, it adheres to the higher points or the elevations 9 on the pane and the air collects in the spaces between the pane 1 and the tape 3 in the wells 11 , This prevents uncontrolled air bubbles that would impair the visual appearance of the arrangement. In principle, this is also possible in reverse, ie the flat side of the belt 3 is on the disc 1 and the 3-D surface structure 7 is on the light guide 5 attached. However, this is both in terms of production technology and of the quality of the coupling of the light guide 5 to the pane 1 disadvantageous. The light guide 5 can also consist of a suitable material and be designed accordingly, so that the light guide is additionally deformed and against the contour of the pane 1 adapts.

Für die 3-D-Oberflächenstruktur 7 sind folgende Randbedingungen zu berücksichtigen: Die Erhöhungen 9 müssen flächenmäßig groß genug sein, um eine möglichst große optische Koppelfläche sowie eine ausreichende Klebefläche zu realisieren. Andererseits sollen die Erhöhungen flächenmäßig auch nicht zu groß sein, um zusätzliche Lufteinschlüsse innerhalb der Erhöhungen 9 vermeiden zu können. Das Verhältnis der Fläche der Erhöhungen 9 zur Fläche der Vertiefungen 11 ist idealer weise etwa 3 : 1. Vorteilhaft ist zudem, wenn dieses Flächenverhältnis über eine Fertigungsserie konstant gehalten wird. Dadurch sind auch die durch die Luftblasen auftretenden Verluste konstant gehalten und damit reproduzierbar und einfach über die gesamte Fertigungsserie kompensierbar. Die Strukturgröße, d.h. die Abmessungen der Erhöhungen und Vertiefungen kann in einer Größenordnung von cm bis um liegen, insbesondere im Bereich von 10–3 bis 10–5 m. Die Struktur sollte in Richtung der optischen Strecke des Sensors ausgebildet sein, d.h. die Erhöhungen sollten in Richtung der optischen Verbindungsstrecke zwischen Sender und Empfänger liegen (nicht gezeigt), um möglichst wenig zu streuen. Die Höhe der Struktur bzw. der Unterschied von Erhöhung zu Vertiefung liegt vorteilhafter weise in der Größenordnung der horizontalen Ausmaße der Struktur. Insbesondere beträgt das Verhältnis von Breite zu Höhe der Erhöhungen 9 der 3-D-Oberflächenstruktur 7 etwa 3 bis 20, vorzugsweise um 10. Wenn die 3-D-Oberflächenstruktur 7 durch einen Prozess unter Druck vollständig an die Scheibe 1 angekoppelt werden soll, muss der Höhenunterschied zwischen Erhöhungen 9 und Vertiefungen 11 möglichst klein gewählt werden, um Verspannungen in dem Koppelelement 3 zu vermeiden. Die Höhendifferenz zwischen den einzelnen Erhöhungen 9 ist stets kleiner zu wählen als die Verformung der Erhöhungen beim Aufkleben auf die Scheibe.For the 3-D surface structure 7 The following boundary conditions must be taken into account: The increases 9 must be large enough in terms of area in order to achieve the largest possible optical coupling area and a sufficient adhesive area. On the other hand, the elevations should not be too large in terms of area in order to include additional air pockets within the elevations 9 to be able to avoid. The ratio of the area of the increases 9 to the area of the depressions 11 is ideally about 3: 1. It is also advantageous if this area ratio is kept constant over a production series. As a result, the losses caused by the air bubbles are kept constant and can therefore be reproduced and easily compensated for over the entire production series. The structure size, that is to say the dimensions of the elevations and depressions, can be in the order of magnitude from cm to μm, in particular in the range from 10 -3 to 10 -5 m. The structure should be designed in the direction of the optical path of the sensor, ie the elevations should be in the direction of the optical connection path between the transmitter and receiver (not shown) in order to scatter as little as possible. The height of the structure or the difference from elevation to depression is advantageously in the order of magnitude of the horizontal dimensions of the structure. In particular, the ratio of the width to the height of the elevations is 9 the 3-D surface structure 7 about 3 to 20, preferably around 10. If the 3-D surface structure 7 through a process under pressure completely on the disc 1 to be coupled, the height difference between increases 9 and recesses 11 be chosen as small as possible to avoid tension in the coupling element 3 to avoid. The height difference between the individual increases 9 should always be chosen smaller than the deformation of the elevations when sticking to the pane.

Bei der Montage der Sensoreinrichtung kann das Klebeband 3 zunächst in der Steuergerätefertigung blasenfrei auf den Lichtleiter 5 aufgerollt werden (evtl. unter Vakuum oder im Wasserbad). Die Montage des Lichtleiters 5 bzw. der vollständigen Sensoreinrichtung an der Windschutzscheibe 1 kann dann einfach und prozesssicher durch Aufkleben erfolgen. Optional kann diese Klebung noch unter Druck oder Unterdruck weiterbehandelt werden, wodurch die in den Vertiefungen 11 befindliche Luft zwischen dem Lichtleiter 3 und dem Glas 1 entfernt wird.The adhesive tape can be used when installing the sensor device 3 First in the control unit production, bubble-free onto the light guide 5 be rolled up (possibly under vacuum or in a water bath). The assembly of the light guide 5 or the complete sensor device on the windshield 1 can then be done easily and reliably by gluing. Optionally, this bond can be further treated under pressure or vacuum, which means that in the recesses 11 air between the light guide 3 and the glass 1 Will get removed.

11
Scheibedisc
33
Koppelelementcoupling element
55
Sensorelementsensor element
77
3-D-Oberflächenstruktur3-D surface structure
99
Erhöhungincrease
1111
Vertiefungdeepening

Claims (8)

Sensoreinrichtung mit einem Sensor zum optischen Erfassen von Fremdkörpern, insbesondere Regentropfen, auf einer Scheibe (1) mit einem Sensorelement, insbesondere einem Lichtleiter (5), der über ein Koppelelement (3) an die Scheibe gekoppelt ist, welches Koppelelement eine regelmäßige 3-D-Oberflächenstruktur (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-D-Oberflächenstruktur (7) des Koppelelementes scheibenseitig ausgebildet ist, und dass die Scheibe (1) koppelelementseitig glatt ausgebildet ist.Sensor device with a sensor for the optical detection of foreign bodies, in particular raindrops, on a pane ( 1 ) with a sensor element, in particular an optical fiber ( 5 ) via a coupling element ( 3 ) is coupled to the disc, which coupling element has a regular 3-D surface structure ( 7 ), characterized in that the 3-D surface structure ( 7 ) of the coupling element is formed on the disc side, and that the disc ( 1 ) is smooth on the coupling element side. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als das Koppelelement (3) ein beidseitig klebefähiges Band vorgesehen ist.Sensor device according to claim 1, characterized in that as the coupling element ( 3 ) an adhesive tape is provided on both sides. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oberflächenverhältnis von Erhöhungen (9) zu Vertiefungen (11) in der 3-D-Oberflächenstruktur des Koppelelementes etwa 3 : 1 beträgt.Sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that a surface ratio of increases ( 9 ) to deepenings ( 11 ) in the 3-D surface structure of the coupling element is approximately 3: 1. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strukturgröße der 3-D-Oberflächenstruktur (7) etwa 10–3 bis 10–5 m beträgt.Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that a structure size of the 3-D surface structure ( 7 ) is about 10 -3 to 10 -5 m. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Breite zu Höhe der Erhöhungen (9) der 3-D-Oberflächenstruktur (7) etwa 3 bis 20, insbesondere um 10 beträgt.Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that a ratio of the width to the height of the elevations ( 9 ) the 3-D surface structure ( 7 ) is about 3 to 20, especially around 10. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (1) als Windschutzscheibe ausgebildet ist.Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the disc ( 1 ) is designed as a windshield. Montageverfahren für eine Sensoreinrichtung auf einer Scheibe (1) mit einem Sensorelement (5) und einem Koppelelement (3), das eine 3-D-Oberflächenstruktur (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Koppelelement (3) auf das Sensorelement (5) blasenfrei aufgebracht wird, und dass anschließend das Sensorelement über das Koppelelement (3) mit der 3-D-Oberflächenstruktur (7) an der Scheibe (1) befestigt wird.Mounting method for a sensor device on a pane ( 1 ) with a sensor element ( 5 ) and a coupling element ( 3 ), which has a 3-D surface structure ( 7 ), characterized in that first the coupling element ( 3 ) on the sensor element ( 5 ) is applied without bubbles, and that the sensor element is then connected via the coupling element ( 3 ) with the 3-D surface structure ( 7 ) on the disc ( 1 ) is attached. Montageverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Sensorelementes (5) an der Scheibe (1) bei Unterdruck erfolgt.Assembly method according to claim 7, characterized in that the fastening of the sensor element ( 5 ) on the disc ( 1 ) at negative pressure.
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